專利名稱：一種低彈性模量的鑄造鈦合金的制作方法
一種低彈性模量的鑄造鈦合金
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種合金，具體是涉及一種低彈性模量的鑄造鈦合金。

背景技術(shù)：
鈦合金是一種密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、無(wú)磁性的重要結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空、 航天、武器裝備、海洋運(yùn)輸、生物醫(yī)療、體育等各個(gè)領(lǐng)域。近年，隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)特 種性能鈦合金材料的需求日趨增加。低彈性模量的鈦合金在各類裝備制造領(lǐng)域也得到大量 需求。與常用鋼材料的彈性模量200GPa相比，鈦合金的彈性模量?jī)H有l(wèi)lOGPa，屬于彈性模 量較低的材料。但對(duì)于一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域(如醫(yī)用植入材料)，要求彈性模量接近或低于 30GPa，常規(guī)鈦合金的彈性模量仍然偏大，無(wú)法應(yīng)用。但一些特殊領(lǐng)域，只有比強(qiáng)度高、耐高 溫、耐腐蝕、無(wú)磁的鈦合金才能滿足要求，因此急需具有低彈性模量的鈦合金材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低彈性模量的鈦合金材料，該合金材料在保證鈦合金高 強(qiáng)度的特點(diǎn)下，顯著降低了其彈性模量。
采用的技術(shù)方案是 —種低彈性模量的鑄造鈦合金材料，該合金材料的名義組成是Til9NbllTallZr， 化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)為Nb :18. 0 20. 0%，Ta :10. 0 12. 0%，Zr :9. 5 12. 5%，雜 質(zhì)元素含量應(yīng)控制在C《0. 10%、 Si《0. 15%、 Fe《0. 3%、 N《0. 05%、 H《0. 015%、 0《0. 15%，余量為Ti。
該合金的制備工藝步驟為 1、按合金質(zhì)量百分比取18. 0 20. 0X的Nb、10. 0 12. 0%的Ta和9. 5 12. 5%
的Zr的海綿鈦、海綿鈮、海綿鉭、海綿鋯四種純金屬材料。 2、將上述四種海綿狀純金屬材料均勻的放置于圓筒形金屬模具(內(nèi)徑應(yīng)為熔煉 設(shè)備電極最大直徑的0.7 1.0倍)中，采用液壓機(jī)(如YC32-100)進(jìn)行壓合，使之成為圓 棒狀(長(zhǎng)度根據(jù)所采用的熔煉設(shè)備而定，一般應(yīng)為電極最大行程0. 5 1. 0倍)，再在已壓 制的圓棒一端采用手工鎢極氬弧焊機(jī)(如NSA4-300)焊上真空自耗凝殼爐(ZN-80)熔煉所 需的電極頭，制成自耗電極備用。 3、將已制備的自耗電極(已壓制的合金棒)安裝于真空自耗凝殼爐的電極位置 上，再采用真空自耗凝殼爐完成合金的熔煉，最后采用鈦合金鑄造用精密鑄型或機(jī)加工石 墨型進(jìn)行澆鑄，即可獲得需配制成分范圍內(nèi)的鑄造鈦合金。 該合金的熱處理方案為將上述成分的鑄造鈦合金進(jìn)行固溶熱處理，固溶熱 處理溫度為700-800°C，保溫0. 5-1. 5小時(shí)，水冷，再經(jīng)時(shí)效熱處理，時(shí)效熱處理溫度為 480-58(TC，保溫6-10小時(shí)，空冷。 Til9NbllTallZr經(jīng)固溶熱處理后常溫下的彈性模量為55 66GPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá) 680 750MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)550 650MPa，伸長(zhǎng)率18 25%，斷面收縮率40 55% ;經(jīng)時(shí) 效熱處理(480 58(TC保溫6 10小時(shí)空冷)后可達(dá)65 75GPa，室溫下抗拉強(qiáng)度720 850MPa，屈服強(qiáng)度670 820MPa，伸長(zhǎng)率10 12%，斷面收縮率25 30%。 該材料的開發(fā)使鈦合金的彈性模量由llOGPa顯著降低到62GPa，更接近于人體及
動(dòng)物體骨骼的彈性模量(10 30GPa)，減輕了鈦合金植入物"應(yīng)力屏蔽"的影響。除彈性模
量低外，該材料還具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于醫(yī)療植入，航空、航天、艦船等特殊結(jié)構(gòu)
的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該材料可以采用鈦合金常用的鑄造或鍛造等方法進(jìn)行成形。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 鑄造合金的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)為Nb :18.0%，Ta:10.0%，Zr :9. 5%，雜質(zhì)元 素含量為C :0. 02%、Si :0. 05%、Fe :0. 08%、N :0. 01%、H :0. 005%、0 :0. 05%，余量為Ti。
將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進(jìn)行熱處理固溶熱處理溫度72(TC，保溫
0. 5小時(shí)，水冷，再經(jīng)時(shí)效熱處理，時(shí)效熱處理溫度為480°C ，保溫6小時(shí)，空冷。 Til9NbllTallZr經(jīng)固溶熱處理后常溫下的彈性模量為57GPa，抗拉強(qiáng)度695MPa， 屈服強(qiáng)度達(dá)585MPa，伸長(zhǎng)率24%，斷面收縮率54% ;經(jīng)時(shí)效熱處理后彈性模量可達(dá)67GPa， 室溫下抗拉強(qiáng)度780MPa，屈服強(qiáng)度690MPa，伸長(zhǎng)率12%，斷面收縮率29%。
實(shí)施例二 鑄造合金的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)為Nb:19.0X，Ta:11.0X，Zr:10. 5%，雜質(zhì) 元素含量為C :0. 04%、 Si :0. 03%、 Fe :0. 10%、 N :0. 02%、 H :0. 008%、 0 :0. 10%，余量為 Ti。 將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進(jìn)行熱處理固溶熱處理溫度75(TC，保溫1
小時(shí)，水冷，再經(jīng)時(shí)效熱處理，時(shí)效熱處理溫度為530°C ，保溫8小時(shí)，空冷。 Til9NbllTallZr經(jīng)上述熱處理后常溫下的彈性模量為60GPa，抗拉強(qiáng)度710MPa，
屈服強(qiáng)度達(dá)625MPa，伸長(zhǎng)率22%，斷面收縮率50% ;經(jīng)時(shí)效熱處理后彈性模量可達(dá)69GPa，
室溫下抗拉強(qiáng)度805MPa，屈服強(qiáng)度750MPa，伸長(zhǎng)率11%，斷面收縮率28 % 。 實(shí)施例三 鑄造合金的化學(xué)組成(質(zhì)量百分比)為Nb:20.0X，Ta:12.0X，Zr:12.5X，雜質(zhì) 元素含量為C :0. 08%、 Si :0. 09%、 Fe :0. 12%、 N :0. 014%、H :0. 007%、 0 :0. 06%，余量為 Ti。 將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進(jìn)行熱處理固溶熱處理溫度80(TC，保溫
1. 5小時(shí)，水冷，再經(jīng)時(shí)效熱處理，時(shí)效熱處理溫度為58(TC，保溫10小時(shí)，空冷。 Til9NbllTallZr經(jīng)固溶熱處理后常溫下的彈性模量為63GPa，抗拉強(qiáng)度735MPa， 屈服強(qiáng)度達(dá)640MPa，伸長(zhǎng)率19%，斷面收縮率42% ;經(jīng)時(shí)效熱處理后彈性模量可達(dá)73GPa， 室溫下抗拉強(qiáng)度835MPa，屈服強(qiáng)度805MPa，伸長(zhǎng)率10. 5%，斷面收縮率26%。
權(quán)利要求
一種低彈性模量的鑄造鈦合金，其特征在于該鈦合金名義組是Ti19Nb11Ta11Zr，化學(xué)組成以質(zhì)量百分比計(jì)為Nb 18.0～20.0％、Ta 10.0～12.0％，Zr 9.5～12.5％，雜質(zhì)元素含量應(yīng)控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.3％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為鈦。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低彈性模量的鑄造鈦合金的熱處理方法，包括下述工 藝步驟將上述化學(xué)成分的鑄造鈦合金進(jìn)行固溶熱處理，水冷，再經(jīng)時(shí)效熱處理，空冷，其特 征在于上述的固溶熱處理溫度為700-80(TC，保溫0. 5-1. 5小時(shí)，上述的時(shí)效熱處理溫度為 480-58(TC，保溫6-10小時(shí)。
全文摘要
一種低彈性模量的鑄造鈦合金，該鈦合金名義組是Ti19Nb11Ta11Zr，化學(xué)組成以質(zhì)量百分比計(jì)為Nb 18.0～20.0％、Ta 10.0～12.0％，Zr 9.5～12.5％，雜質(zhì)元素含量應(yīng)控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.3％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為鈦。本發(fā)明使鈦合金的彈性模量由110GPa顯著降低到62GPa，更接近于人體及動(dòng)物體骨骼的彈性模量(10～30GPa)，減輕了鈦合金植入物“應(yīng)力屏蔽”的影響。除彈性模量低外，該材料還具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于醫(yī)療植入，航空、航天、艦船等特殊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。該材料可以采用鈦合金常用的鑄造或鍛造等方法進(jìn)行成形。
文檔編號(hào)C22F1/18GK101760669SQ20091024886
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者劉宏宇, 劉時(shí)兵, 史昆, 蘇貴橋, 謝華生 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鑄造研究所